CN110329149B - 基于北斗定位系统的多传感器的主动安全平台 - Google Patents

基于北斗定位系统的多传感器的主动安全平台 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于北斗定位系统的多传感器的主动安全平台，包括处理器，使用OBD模块、北斗模块、烟雾、温度传感器和人体红外感应传感器进行多模态安全隐患检测和安全预警，其中，OBD模块：用于车辆数据的采集，通过汽车标准接口与车载ECU通信，获取车辆的各项状态数据；并将从车载ECU获取的状态数据送入处理器；北斗模块：用以将位置信息传送给处理器；处理器：对所采集的状态数据和位置信息、温度、烟雾、人体红外感应传感数据构成传感维度矩阵，并做时间戳；设定多组阈值条件，使用“决策树”的概念，将事件与判定结果进行分类对应。

Description

基于北斗定位系统的多传感器的主动安全平台
技术领域
本发明属电子通信领域，涉及一种兼数据采集处理存储发布传输的平台。
背景技术
随着电子通讯技术和传感器技术的发展，交通工具也逐渐进入了物联时代和智能时代。过去，安全设计主要考虑被动安全，即安全带、车身钢架结构、安全气囊等发生事故后有效减轻人身伤害的安全配置。现在逐步将汽车安全与智能化，物联化结合，搭建主动安全平台，以防止汽车发生碰撞为目的的。在这种情况，汽车上装有汽车规避系统，在超车、倒车、换道、大雾、雨天等易发生危险的情况下以声、光形式向驾驶员提供汽车周围必要的信息，有效防止事故发生。
发明内容
本发明的目的在于改进现有汽车预警功能的局限性，提供一种基于北斗定位系统的多传感器的主动安全平台，利用北斗模块，结合多种数据采集设备，并采用多维预警方法，实现对汽车出行过程中，事故预警的实时性和有效性。技术方案如下：
一种基于北斗定位系统的多传感器的主动安全平台，包括处理器，使用OBD模块、北斗模块、烟雾、温度传感器和人体红外感应传感器进行多模态安全隐患检测和安全预警，其中，
OBD模块：用于车辆数据的采集，通过汽车标准接口与车载ECU通信，获取车辆的燃油系统、中控系统、车门系统、发动机系统的各项状态数据；并将从车载ECU获取的状态数据送入处理器；
北斗模块：用以将位置信息传送给处理器；
处理器：对所采集的状态数据和位置信息、温度、烟雾、人体红外感应传感数据构成传感维度矩阵，并利用北斗模块传回处理器的时间做时间戳；传感维度矩阵，会按车辆的行驶状态进行分时存储，当车辆的传感数据有异常时，采样速率加快；设定多组阈值条件，使用“决策树”的概念，将事件与判定结果进行分类对应：
(1)烟雾传感器超出阈值范围时：
a)如果温度传感器温度正常，则初步判定有人在车内吸烟；
b)如果温度传感器温度异常，则初步判定车辆存在火灾险情。
(2)若单位时间内油耗消耗过高：
a)如果车速也在增高，则初步判定为车辆在加速行驶；
b)如果车速未增高，且车辆的经纬度值保持不动，则初步判定为车辆存在漏油风险。
(3)若车辆未启动，且温度传感器数值异常升高、车门处于关闭状态，此时：
a)如果人体红外感应传感器未检测到有人存在，则可初步判定车辆在高温的环境中，但没有人身安全风险；
b)如果人体红外感应传感器检测到有人存在，则初步判定车辆在高温环境中，且有人被困于车内。
处理器通过云端中转和甚高频模块两种方式，进行警告信息的发出。
本发明的有益效果如下：
1.使用北斗模块授时，不会因为不同的电子设备的时间与标准时间存在偏差，而影响存储或发布数据的准确性的问题，为故障或案情的分析提供客观的依据。
2.采用OBD分析模块，增强了数据的合理性和可信性，为数据的分析提供了更多元的分析依据。
3.使用云端功能，通过第三方云的帮助，可及时地将警报信息多重地发布。
4.数据采集集记录功能，不仅做到了实时性，而且实现了历史数据的可回溯性。
附图说明
图1为工作流程图，图2为硬件构成图，图3为决策示例图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进行说明。
本平台为主动安全平台。与传统的安全带、安全气囊等事故发生后采取的保护措施的设计思路不同，本平台强调使用OBD模块、北斗模块、烟雾、温度等传感器组进行多模态安全隐患检测，在事故发生前就进行安全预警。
OBD模块。
(1)用途说明。OBD模块可以与车上的OBD-16标准接口相连，用于在车辆检修阶段，获取车辆的燃油系统、中控系统、车门系统、发动机系统的各项状态数据。本平台中将OBD模块用于车辆数据的采集，并将采集的车辆数据作为安全性分析的依据。
(2)数据采集过程及格式要求。车辆的启动时OBD模块会同时启动，通过标准OBD-16接口与车载电脑ECU通信，读取车速、水温、发动机转速、剩余油量等信息，这些信息会以诊断码的形式(4位或8位的16进制数字)，我们只需要接收这一组诊断码，将诊断码数据对应关系提前写入程序，在接收到一组诊断码后，由处理器进行译码：比如，我们可以定时的发送读取水温的请求码，这组请求码经由OBD模块传给车载电脑ECU，ECU在接收到请求后，会返回车内水温的状态码，处理器通过串口收到这一组状态码后，由预先写入程序中的对应关系将状态码转换为相应的水温数据；同时，北斗/GPS模块可以以小数点后9位的精度，实时快速地将位置信息传送给处理器，为保证数据的可靠性，我们采用滑动均值滤波的方式对采集的数据进行清洗，并将同一时间采集的包括：OBD模块采集的一系列车况数据、定位数据、温度烟雾传感数据构成传感维度矩阵，并将北斗/GPS传回处理器的时间做时间戳，这样，对于一辆车而言，他在某时某地的信息包括时间、地点、发动机状态、车内状态等等是多维的。
车辆的多维、非多媒体数据黑匣子。
将传感数据存储，方便我们在事后进行故障诊断，责任划分采集。传感维度矩阵，会按车辆的行驶状态进行分时存储，当车辆在正常的行驶时，传感矩阵会以每20秒记录一次，当车辆的传感数据有异常时，如水温过高时，传感组内的所有数据会以每2秒记录一次，记录的数据以txt或csv文件保存在平台的SD卡上，同时，数据以非多媒体的形式存储，极大地节省了存储空间，方便在多种设备上读取、分析和调用。
信息决策过程。
我们设定多组阈值条件，使用类似于“决策树”的概念，将事件与判定结果进行分类对应：
(1)烟雾传感器超出阈值范围时：
a)如果温度传感器温度正常，则可初步判定有人在车内吸烟；
b)如果温度传感器温度异常，则可初步判定车辆存在火灾险情。
(2)若单位时间内油耗消耗过高：
a)如果车速也在增高，则可初步判定为车辆在加速行驶；
b)如果车速未增高，且车辆的经纬度值保持不动，则可初步判定为车辆存在漏油风险。
(3)若车辆未启动，且温度传感器数值异常升高、车门处于关闭状态，此时：
a)如果人体红外感应传感器未检测到有人存在，则可初步判定车辆在高温的环境中，但没有人身安全风险；
b)如果人体红外感应传感器检测到有人存在，则可初步判定车辆在高温环境中，且有人被困于车内。
车辆的种种情况会像以上的示例说明一样分块的进行处理，处理器只将存在隐患的情况进行发布。
报警信息的发布。
我们通过两种方式，进行警告信息的发出：
(1)云端中转
通过SIM卡模块，将信息包及时地发到第三方云平台，云平台也会对数据进行记录，同时支持阈值设定，在数据异常的时候，可以将信息发送到使用者或朋友的手机，微信或微博上面，实现主动、及时、多重的预警效果。
(2)甚高频模块
可在需要的时候被唤醒，可以接受到来自附近的报警消息，报警消息会由处理器，传给语音模块，语音模块会将收到的文字信息，进行语音播报，同时在显示屏上可见具体信息，提醒车辆及时避障；同时可以在车内出现异常的时候，主动向外发出异常信息，无线模块会在近3公里的范围，发送预警信号，及时地为车主争取救援力量和避免二次灾害的产生。
如图1-3所示，处理器连接多个硬件设备，包括传感器，北斗模块，OBD模块，使用4个硬件串口完成了对北斗数据，OBD诊断信息的采集，无线模块数据的收发，和GPRS模块的数据上传，通过SPI通信方式进行显示屏内容的更新。
实施例所述的基于北斗定位系统的多传感器的主动安全平台，包括：
(1)北斗/GPS双系统模块。
(2)我们选用支持多种车辆汽车协议的OBD模块，此模块能迅速将汽车电控系统的各项传感器数值转换为UART格式的数据进行发送和接收，可通过OBD-16标准接口与现有绝大部分汽车的ECU进行诊断通讯。
(3)无线发射模块。我们用的是工作频率为433mhz的无线模块，可以在三公里以内进行无线数据的收发，起到近距紧急报警的效果。
(4)Atmega 2560处理器。具有足够大的内存空间，多达4个的硬件串口支持我们连接多种数据采集模块，可通过3种方式供电，提高了灵活性和可用性。
(5)SYN6288语音合成模块。通过异步串口(UART)通讯方式，接收待合成的文本数据，实现文本到语音的转换。
(6)人体红外感应模块HC-SR501。基于热释电红外技术判断车内有无人员的存在。
(7)第三方云平台。进行数据的存储和分析，并且通过网关门户和手机客户端来进行数据的回放和调用，通过调用物联网平台的API接口，我们可以实现对数据的监测和预警，当条件超出设定阈值，会触发相对的触发器，实现微信，微博等多个平台的告警信息提醒，及时通知车主或是周围的朋友。我们将数据上传至云平台，可以利用其网络架构的完备性，实现多种通讯方式的多重提醒。
本平台可以工作在车辆熄火和车辆启动两种状态下，在熄火状态下，可以使用平台自备电池进行低能耗地工作：OBD模块停止工作；其他传感器通过处理器控制，定时的采集数据。显示屏熄屏，在光线暗需要查看信息的时候，可以通过触摸按键实现屏幕短时唤醒，之后再自动进入无背光模式；在车辆启动状态，可以通过连接车辆电子系统的OBD的串口线为系统供电，此时所有传感模块进入实时采集工作模式。
1.传感数据采集。平台上的监测设备是指OBD传感模块、北斗/GPS模块和温度、烟雾传感等组成的传感器组。OBD模块可以与车上的OBD-16标准接口相连，用于在车辆检修阶段，获取车辆的燃油系统、中控系统、车门系统、发动机系统的各项状态数据。本平台中将OBD模块用于车辆数据的采集，并将采集的车辆数据作为安全性分析的依据。
1)休眠模式。停车后，进入休眠模式，此时会关闭OBD模块、北斗/GPS模块，其他的传感器模块会在处理器的控制下每隔30秒唤醒一下采集一次数据；
2)工作模式。车辆的启动时OBD模块会同时启动，通过标准OBD-16接口与车载电脑ECU通信，读取车速、水温、发动机转速、剩余油量等信息，这些信息会以诊断码的形式(4位或8位的16进制数字)，我们只需要接收这一组诊断码，将诊断码数据对应关系提前写入程序，在接收到一组诊断码后，由处理器进行译码；同时，北斗/GPS模块可以以小数点后9位的精度，实时快速地将位置信息传送给处理器，为保证数据的可靠性，我们采用滑动均值滤波的方式对采集的数据进行清洗，并将同一时间采集的包括：OBD模块采集的一系列车况数据、定位数据、温度烟雾传感数据构成传感维度矩阵，并将北斗/GPS传回处理器的时间做时间戳，这样，对于一辆车而言，他在某时某地的状态是多维的。
2.传感数据存储。将传感数据存储方便我们在事后进行故障诊断，责任划分采集。传感维度矩阵，会按车辆的行驶状态进行分时存储，当车辆在正常的行驶时，传感矩阵会以每20秒记录一次，当车辆的传感数据有异常时，如水温过高时，传感组内的所有数据会以每2秒记录一次，记录的数据以txt或csv文件保存在平台的SD卡上，方便分析和调用。
3.异常数据响应
我们设定多组阈值条件，使用类似于“决策树”的概念，将事件与判定结果进行分类对应，如图三所示：温度传感器提示车内温度升高，同时烟雾传感器检测烟雾量过高，则可以判断为火险的可能；或者OBD检测模块检测车内的车门状态异常，油耗消耗变快，则可判断车辆出现故障的可能；或者车内温度传感器温度升高，车门处于关闭的状态，而车内的红外传感器检测到有人的活动，则可初步判断为有夏季高温天气有小孩被困入车内的可能。我们通过两种方式，进行警告信息的发出：
(1)云端中转
通过SIM卡模块，将信息包及时地发到第三方云平台，云平台也会对数据进行记录，同时支持阈值设定，在数据异常的时候，可以将信息发送到使用者或朋友的手机，微信或微博上面，实现主动、及时、多重的预警效果。
(2)甚高频模块
可在需要的时候被唤醒，可以接受到来自附近的报警消息，报警消息会由处理器，传给语音模块，语音模块会将收到的文字信息，进行语音播报，同时在显示屏上可见具体信息，提醒车辆及时避障；同时可以在车内出现异常的时候，主动向外发出异常信息，无线模块会在近3公里的范围，发送预警信号，及时地为车主争取救援力量和避免二次灾害的产生。
本发明的实质性特点在于：
1.在车辆行驶过程中，使用OBD模块采集数据，并将OBD数据做安全性分析的依据。
2.在车内使用SI433MHZ无线模块做近距离的数据广播。
3.在熄火状态时对驾驶室的进行数据的监控，由于非多媒体数据，传输带宽小，但极大限度的保护了车主的人身财产安全。
4.使用北斗模块作为授时时间的来源，有利于同一时间不同事件的一致。
5.由SD卡构成的存储部分构成车内的“黑匣子”,其中，数据类型非语音，视频等多媒体格式，而是存储的传感器采集的传感数据。
6.使用决策分类的思想，将数据整合成带标签的信息包后存储和传输。
7.将车内多传感器的参数采集后，送入云平台，由云平台进一步地处理。

Claims (1)

1.一种基于北斗定位系统的多传感器的主动安全平台，包括处理器，使用OBD模块、北斗模块、烟雾、温度传感器和人体红外感应传感器进行多模态安全隐患检测和安全预警，其中，
OBD模块：用于车辆数据的采集，通过汽车标准接口与车载ECU通信，获取车辆的燃油系统、中控系统、车门系统、发动机系统的各项状态数据；并将从车载ECU获取的状态数据送入处理器；
北斗模块：用以将位置信息传送给处理器；
处理器：对所采集的状态数据和位置信息、温度、烟雾、人体红外感应传感数据构成传感维度矩阵，并利用北斗模块传回处理器的时间做时间戳；传感维度矩阵，会按车辆的行驶状态进行分时存储，当车辆的传感数据有异常时，采样速率加快；设定多组阈值条件，使用“决策树”的概念，将事件与判定结果进行分类对应：
（1）烟雾传感器超出阈值范围时：
a)如果温度传感器温度正常，则初步判定有人在车内吸烟；
b)如果温度传感器温度异常，则初步判定车辆存在火灾险情。
（2）若单位时间内油耗消耗过高：
a)如果车速也在增高，则初步判定为车辆在加速行驶；
b)如果车速未增高，且车辆的经纬度值保持不动，则初步判定为车辆存在漏油风险；
（3）若车辆未启动，且温度传感器数值异常升高、车门处于关闭状态，此时：
a)如果人体红外感应传感器未检测到有人存在，则可初步判定车辆在高温的环境中，但没有人身安全风险；
b)如果人体红外感应传感器检测到有人存在，则初步判定车辆在高温环境中，且有人被困于车内；
在平台判定事故发生时，通过下面两种方式，将数据进行广播：
（1）云端中转
通过 SIM 卡模块，将信息包及时地发到第三方云平台，云平台也会对数据进行记录，同时支持阈值设定，在数据异常的时候，将信息发送到使用者或朋友的手机，微信或微博，实现主动、及时、多重的预警效果；
（2）甚高频模块
可在需要的时候被唤醒，可以接受到来自附近的报警消息，报警消息会由处理器，传给语音模块，语音模块会将收到的文字信息，进行语音播报，同时在显示屏上可见具体信息，提醒车辆及时避障；同时可以在车内出现异常的时候，主动向外发出异常信息，无线模块会在近 3 公里的范围，发送预警信号，及时地为车主争取救援力量和避免二次灾害的产生。
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